Каталитическая очистка дымовых газов

Анализ способов глубокой очистки дымовых газов показал, что глубокая очистка дымовых газов достигается в результате мокрой или полусухой очистки, за счет протекания процесса конденсации водяных паров, при этом основное количество водяного пара конденсируется благодаря охлаждению очищаемых дымовых газов. Этот процесс выгодно отличается тем, что обеспечивает, как правило, настолько глубокую очистку отходящих газов от газообразных примесей, частиц пыли и аэрозолей, что их остаточное количество не превышает установленных нормативных значений.

Целью существующих систем газоочистки является сокращение остаточного содержания в дымовых газах пыли и аэрозолей, с которыми в атмосферный воздух выбрасывались тяжелые металлы и токсичные органические компоненты загрязнений.

Очистка дымовых газов достигается за счёт:

• охлаждения насыщенных водяными парами дымовых газов после скруббера с нейтральной промывной средой с целью образования тумана с использованием твердых дисперсных примесей в качестве центров кристаллизации;
• последующей очисткой газов в мокром электрофильтре для выделения из них тумана, аэрозолей и тонкодисперсной пыли в электрическом поле;
• повторным нагреванием и удалением очищенных и подсушенных газов;
• повторным использованием образующегося конденсата в качестве существенного элемента водного баланса газоочистной установки;
• кондиционированием дымовых газов путем закалки и промывки.

В газообразных промышленных выбросах вредные примеси можно разделить на две группы:

                   1) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых веществ — пыль, дым;

                       взвешенные частицы жидкостей — туман;

                   2) газообразные и парообразные вещества.

К дымовым газам относятся аэродисперсные системы, характеризующиеся, как правило, малой скоростью осаждения под действием силы тяжести. Дымовые газы образуются при сжигании топлива и его деструктивной переработке, а также в результате протекающих при этом химических реакций. Размеры частиц в дымовых газах много меньше, чем в пыли и туманах, и составляют от 5 мкм до субмикронных размеров, т.е. менее 0,1 мкм.

Туманы состоят из капелек жидкости, образующихся при конденсации паров или распылении жидкости. В промышленных выхлопах туманы образуются главным образом из кислот: серной, фосфорной и др.

Вторая группа  – газообразные и парообразные вещества, содержащиеся в промышленных газовых выбросах, гораздо более многочисленна. К ней относятся кислоты, галогены и галогенопроизводные, газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды, амины, нитросоединения, пары металлов, пиридины, меркаптаны и многие другие компоненты газообразных промышленных отходов.

В настоящее время, когда безотходная технология очистки дымовых газов находится в периоде становления и полностью безотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами.

Промышленные способы очистки дымовых газов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:
1. Абсорбция жидкостями.
2. Адсорбция твердыми поглотителями.
3. Каталитическая очистка дымовых газов.

Быстро возрастает применение методов каталитической очистки  газов (дымовых газов) доокислением вредных органических  примесей в СО₂ и H₂O на катализаторах глубокого окисления:

металлах, простых оксидах (MnO₂, Fe₂O₃), шпинелях (СuСr₂О₄, СоСr₂О₄) и др.

Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей.

В 70-х гг. XX в. возникло новое направление каталитической очистки - удаление примесей из выхлопных газов автомобилей. Катализатор в дожигателях выхлопных газов должен доокислять примеси углеводородов и СО до СО₂, а также восстанавливать оксиды азота до N₂. Используют в дожигателях дорогостоящие металлы платино-палладиевой группы Pt, Pd, Rh, нанесенные на активные носители.

Катализ (от греч. katalysis - разрушение) - это  изменение скорости химической реакции при воздействии веществ (катализаторов), которые участвуют в реакции, но не входят в состав продуктов. Катализатор не находится в стехиометрических отношениях с продуктами и регенерируется после каждого цикла превращения реагентов в продукты. Различают положительный и отрицательный катализатор, в зависимости от того, ускоряет катализатор реакцию или замедляет ее.

"Эколого-производственная компания ЭКМОН" (ООО) применяет при очистке дымовых газов каталитические методы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.

1. Узел каталитической очистки от сажевых выбросов с размером частиц не менее 2 микрон
   (степень очистки не менее 99,9%). Начальное сопротивление при газовой нагрузке 700÷900 н. м³/час.
2. Узел каталитической очистки от сернистых соединений
3. Узел каталитической очистки от окислов азота (NO_x )
4. Узел каталитической очистки от окиси углерода (СО).

Дымовые газы, выходящие из котельной или TЭЦ (после дымососа), поступают в вихревой пылеуловитель типа "ВЗП", где очищаются от частиц пыли и сажи.

Очищенные таким образом дымовые газы поступают сначала в огневой подогреватель либо в теплообменник, где нагреваются до 350÷400°С и подаются в узел сероочистки. Перед этим дымовые газы смешиваются с водородом или водородсодержащим газом (газом-восстановителем). Далее в реакторе все сернистые соединения, содержащиеся в газе, на алюмо-кобальт-молибденовом катализаторе превращаются в сероводород, а затем поступают в один из двух реакторов-поглотителей, в котором сероводород поглощается окисью цинка.

Очищенные от сернистых соединений дымовые газы поступают в узел очистки от окислов азота. Перед поступлением в реактор газы охлаждаются до температуры 230÷350°С, смешиваются в стехиометрическом соотношении с газообразным аммиаком или водородсодержашим газом и поступают в реактор на алюмованадиевый катализатор. В указанном интервале температуры окислы азота восстанавливаются до молекулярного азота.

Очищенные от окислов серы и азота дымовые газы поступают в узел очистки от СО, где на никельалюминиевом катализаторе при температурах 300÷400°С в присутствии восстановительного газа окись углерода превращается в метан, который после выделения из дымовых газов  может быть направлен на сжигание в топку котла.

Срок службы катализаторов - 2÷3 года. Все катализаторы серийно выпускаются отечественными катализаторными цехами и могут поставляться Заказчику в форме сервисного обслуживания.
Отдельные узлы предполагаемой схемы с успехом эксплуатируются более 50 лет в производствах синтетического аммиака и азотной кислоты.

Габаритные размеры и стоимость установки каталитической очистки дымовых газов зависят от качественного и количественного состава выходящих  дымовых газов.